Визначення оптико-люмінесцентних властивостей срібних наночастинок методом дипольного наближення для застосування у сенсорних системах
Автор: Фалинський Арсентій Олексійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Електроніка
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Оптичні властивості наночастинок металів включають в основному два явища – поглинання і розсіяння світла. Головною особливістю наночастинок є наявність так званого поверхневого плазмонного резонансу, тобто різкого збільшення інтенсивності поглинання і розсіяння для певної довжини хвилі падаючого світла, що потрапляє в резонанс з власною частотою коливань електронного газу на поверхні частинки. Параметри плазмонного резонансу – величина, положення в спектрі і напівширина смуги – залежать від матеріалу частинки, її форми, розміру, структури, складу та стану навколишнього середовища. При цьому інтенсивність як поглинання, так і розсіяння в максимумі смуги надзвичайно велика, так що смуги плазмонного резонансу можуть бути дуже ефективними давачами в дослідженнях наночастинок і їхнього навколишнього середовища. Магістерська кваліфікаційна робота присвячена теоретичному дослідженню оптико-люмінесцентних властивостей срібних наночастинок методом дипольного наближення для застосування у сенсорних системах. В роботі розглянуто застосування наночастинок срібла у якості сенсорних елементів, зосереджуючись на їхніх оптичних властивостях та аналітичних застосуваннях. Зокрема, досліджуються плазмонні явища, які виникають при взаємодії срібних наночастинок з електро-магнітним випромінюванням, що дозволяє використовувати їх для виявлення та кількісного аналізу різних хімічних та біологічних зразків. Перша частина роботи присвячена літературному огляду оптичних властивостей срібних наночастинок, зокрема, їхнього поглинання та розсіювання світла. Вивчаються особливості спектральних характеристик, 5 залежності від розміру та форми наночастинок, що впливає на колориметричні зміни при взаємодії з різними аналітами. Друга частина роботи присвячена теоретичним методам дослідженням. Детально розглянуто теорію Мі, квазістатичну теорію для сфероїдних наночастинок та метод дипольного наближення. У третій частині роботи представлено результати моделювання спектрів перерізів поглинання наночастинок у формі сфер, еліпсоїдів (витягнутих та сплюснутих), а також наностержнів. Об’єкт дослідження – наночастинки срібла у формі сфери, еліпсоїда, наностержня; Предмет дослідження – оптико-люмінесцентні властивості наночастинок срібла Мета дослідження – визначити варіант форми наночастинок срібла що забезпечить найбільш якісні показники в якості сенсорного елементу для ефективного використання в обраному середовищі. Показано, що більш висока чутливість спостерігається при застосуванні витягнутих еліпсоїдних наночастинок в якості сенсорного елементу порівняно з іншими формами наночастинок. Ключові слова – плазмонний резонанс, теорія Мі, кластери наночастинок. Перелік використаних літературних джерел: 1. Yakovkin, I.; Reshetnyak, V. Controlling Plasmon Resonance of Gold and Silver Nanoparticle Arrays with Help of Liquid Crystal. Photonics 2023, 10, 1088. https://doi.org/10.3390/photonics10101088 2. Maier, S. A. Plasmonics: Metal Nanostructures for Subwavelength Photonic Devices., IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2006, 12, 1214–1220. 3. Jun Natsuki, Toshiaki Natsuki, Yoshio Hashimoto. A Review of Silver Nanoparticles: Synthesis Methods, Properties and Applications. International Journal of Materials Science and Applications. Vol. 4, No. 5, 2015, pp. 325-332. doi: 10.11648/j.ijmsa.20150405.17 4. Prosposito, P.; Burratti, L.; Venditti, I. Silver Nanoparticles as Colorimetric 6 Sensors for Water Pollutants. Chemosensors 2020, 8, 26. https://doi.org/10.3390/chemosensors8020026 5. A. Panacek, R. Prucek, J. Hrbac et al., “Polyacrylate-assisted size control of silver nanoparticles and their catalytic activity,” Chemistry of Materials, 2014. 6. Stuart HR, Hall DG. Island size effects in nanoparticle-enhanced photodetector. Applied Physics Letters. 1998;73:3815 7. Alt V, Bechert T, Steinrucke P, Wagener M, Seidel P, Dingeldein E, Domann E, Schnettler R. An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement. Biomaterials. 2004 Aug;25(18):4383-91. doi: 10.1016/j.biomaterials.2003.10.078 8. Ricard D, Roussignol P, Flytzanis C. Surface-mediated enhancement of optical phaseconjugation in metal colloids. Optics Letters. 1985;10;511 9. Menichetti, A.; Mavridi-Printezi, A.; Mordini, D.; Montalti, M. Effect of Size, Shape and Surface Functionalization on the Antibacterial Activity of Silver Nanoparticles. J. Funct. Biomater. 2023, 14, 244. https://doi.org/10.3390/jfb14050244 10. Marhaba, S. (2018). Effect of Size, Shape and Environment on the Optical Response of Metallic Nanoparticles. Noble and Precious Metals - Properties, Nanoscale Effects and Applications. doi:10.5772/intechopen.71574